Textile Coloration and Finishing (한국염색가공학회지)

The Korean Society of Dyers and Finishers (한국염색가공학회)
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Dyeability and Functionality of Dried Dendropanax morbiferus Extracts

건조 황칠나무 부위별 추출물을 이용한 견직물의 염색성과 기능성

  • Dayae Kang (Department of Clothing and Textiles, Chungnam National University) ;
  • Jungsoon Lee (Department of Clothing and Textiles, Chungnam National University)
  • Received : 2023.06.05
  • Accepted : 2023.06.22
  • Published : 2023.06.27
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Abstract

This study aims to examine the possibility of using dried Dondropanax morbiferus extract as a functional dye. The leaves and branches of were extracted with distilled water and 30% ethanol, and the dyeability and functionality of silk fabrics were examined according to the color characteristics of the extract and dyeing conditions. As a result of analyzing the ultraviolet and visible light absorption spectrum of the extract, it was possible to confirm the peak of flavonoid belonging to polyphenol, and the peak of riboflavin expressing yellow color was confirmed. Adsorption equilibrium was observed at 4% dyeing concentration and 60 minutes of dyeing time, and as the temperature increased, dyeing amount increased without color change of Y-series. Aluminum mordanting also increased the yellow color. The color fastness of washing and UV irradiation was low, but the color fastness of rubbing was evaluated as relatively good. The silk fabric dyed with the distilled water extract of the leaves showed a 99.9% bacteriostatic reduction against Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumoniae, showing excellent antibacterial properties.

Keywords

1. 서론

섬유산업의 염색공정으로 인한 악취, 수질오염 등의 환경오염 문제가 대두됨에 따라 천연염료를 활용한 섬유염색에 대한 연구의 필요성이 제기되고 있다1). 염색 용수를 많이 사용하는 섬유염색업은 원료 및 시설 등에서 다양한 환경오염물질을 배출하고 있다. 염료의 종류에 따라 염색제 폐수 성상이 다양하고 중금속물질이나, 미염착 염료가 배출되기도 하므로, 염료폐수 문제는 오늘날 환경오염의 주요 원인 중 하나가 되었다2). 또한 섬유 염색·가공의 후처리 공정에서 염색에 쓰이는 염료로 인해 포름알데히드나 황산화물 등의 대기오염물질을 발생시키기도 한다3).

천연염색에 이용되는 많은 염료식물은 약용식물로 섬유재료에 색을 부여하는 효과 이외에 약용식물에 함유된 다양한 활성성분으로 방부, 수렴, 항염, 탈취와 같은 다양한 효능을 함께 부여할 수 있다는 장점을 가진다4-8). 천연염색은 염착량이 낮고 색의 재현성이 낮아 표준화하기 어렵지만 화학염료에 비하여 적은 건강 위협과 높은 지속가능성의 장점을 활용하기 위해 과학적 정보를 가용할 수 있도록 천연염료의 염색성 및 기능성에 관한 연구가 보고되고 있다9-11).

황칠나무(Dendropanax morbiferus)는 우리나라 난대지방 해발 100 ~ 450m에서 자라는 두릅나뭇과의 상록활엽수이다. 황칠나무의 진액인 황칠은 전통 칠 재료로 사용되기도 하였으나 구한말 이후 점차 사라졌다가 최근에 복원되어 신약, 음료, 건강품 등의 분야에서 연구되고 있다12-14). 황칠의 성분으로는 sesquiterpene에 속하는 β-selinene이 가장 많이 함유되어 있으며13,15), 간질, 우울증, 불면증, 두통 치료에 도움이 되는 α-cubebene과 germacrene D를 포함하고 있는 것으로 알려져 있다13). 이밖에도 황칠나무 잎의 메탄올 추출물에는 Rutin, Chlorogenic acid, Quercetin, (+)-Catechin, Ferulic acid, Myricetin 등의 페놀성 화합물이, 열수 추출물에는 2-Thio barbituricacid과 리보플라빈의 구성물질인 Ribitol 등이16,17) 포함되어 있다고 보고하였다.

황칠나무의 다양한 효능에 대한 연구는 오래전부터 진행되어 왔는데, 메탄올과 초음파로 추출된 황칠나무 잎 추출물이 모발세포의 퇴화를 방해하여 탈모를 방지하는 것을 확인한 연구18), 황칠나무 줄기 열수 추출물의 유방암 세포주에 대한 세포증식 억제 효과에 따른 항암효과를 확인한 연구19), 황칠나무잎 에탄올 추출물의 항균 및 항산화활성에 의한 천연 항산화제 및 보존제로 활용이 가능함을 확인한 연구20), 황칠나무를 이용하여 제조한 차를 식단으로 하면 cortisol이 감소되어 스트레스 완화에 영향을 주는 것을 확인한 연구21) 등이 보고되어 있다.

황칠나무 색소를 이용한 직물 염색연구는 베갯모에 활용한 제품 개발연구12), 황칠나무 목부의 pH, 온도, 시간 조건에 따른 염착량 및 색상 연구22)와 생황칠나무의 부위별 추출 색소의 특성 및 염색성을 보고한 연구23), 황칠나무 추출염료를 이용한 천연염색 방법에 대한 특허24) 등을 찾아볼 수 있다. 이처럼 황칠나무 추출물의 기능성이 주목받고 있는데 주로 의학 혹은 식품 분야의 연구에 치우쳐 있어 염색된 직물의 기능성을 확인한 연구는 거의 찾아보기 어려운 실정이다.

따라서 본 연구에서는 건조 황칠나무를 부위별, 추출용매별로 추출하여 기능성 천연염료로의 이용 가능성을 살펴보았다. 건조황칠나무의 기능성 천연염료로의 활용을 살펴보기 위해 건조황칠나무의 잎과 가지를 각각 용매를 달리하여 추출하고 추출물별로 색소특성을 살펴보았다. 또한 염색 특성을 살펴보기 위해 염색 조건을 농도별, 시간별, 온도별 조건에 따른 견직물의 염색 특성을 분석하였다. 이를 토대로 최적조건의 염색조건을 도출하여 염색견뢰도를 평가하였으며 염색견뢰도가 가장 좋았던 잎의 증류수 추출물을 이용한 염색포에 후매염을 실시하여 변화된 색의 특성을 관찰하였다. 또한 최적조건의 염색포의 항균성을 평가함으로써 건조황칠나무의 천연염재로의 활용과 기능성을 살펴보았다.

2. 실험

2.1 시료

2.1.1 황칠나무

전라남도 완도군에서 생산된 건조 황칠나무를 한약재상에서 구입하여 잎과 가지를 분리하여 사용하였다. 선행 연구23)에서 생황칠나무를 이용한 염색의 과정에서 염재 보존의 어려움이 있었으므로 본 연구에는 보관이 용이한 건조된 황칠나무가 이용되었다.

2.1.2 시험포와 시약

시험포는 KS K ISO 105-F0625)에 규정된 견직물을 이용하였으며 그 특징은 Table 1과 같다. 추출과 염색을 위한 시약으로 3차 증류수(H2O)와 99.9%에탄올(C2H5OH, Samchun, Korea)을 사용하였다. 매염제로 황산제1철(FeSO4·7H2O, Duksan, Korea), 황산구리(CuSO4·5H2O, Duksan, Korea), 알루미늄(KAl(SO4)2·12H2O, Sigma Aldnich, Korea)을 사용하였다.

Table 1. Characteristics of fabrics used in this study

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2.2 실험방법

2.2.1 황칠나무 색소추출

증류수와 30% 에탄올의 두 가지 용매로 달리하여 잎과 가지를 각각 추출하였다. 잎은 1:20, 가지는 1:3의 액비로 하여 용매별 추출물을 얻었다. 증류수 추출물은 100℃에서 60분씩 3회 반복 추출하였고 30% 에탄올 추출물은 25℃에서 72시간 침지시키는 방법으로 추출을 3회 반복하였다.

모든 추출물은 잎과 가지 잔여물이 없을 때까지 걸러서 사용되었다. 얻어진 추출물은 회전증발농축기(RV10, IKAⓇ, Germany)에서 증류수 추출물은 100℃에서, 30% 에탄올 추출물은 80℃에서 회전속도 55rpm으로 감압농축한 후 온도 80℃의 오븐에서 건조 전·후의 무게가 변하지 않을 때까지 건조 후 고형물 상태의 추출물을 얻어 증류수 추출물은 증류수로, 30% 에탄올 추출물은 30%에탄올로 농도를 조절하였다. 추출물의 부위별, 용매별 수율을 Table 2에 나타내었다.

Table 2. Dried Dendropanax morbiferus extracts yield(%)

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2.2.2 황칠나무 추출물의 자외∙가시광선 흡수 스펙트럼

황칠나무의 부위별 추출 색소 성분 특성 분석을 위해 자외•가시광선 분광광도계(UV-VIS Spectrophotometer, S-3100, Shinco, Korea)를 이용하여 추출물의 200nm에서 700nm까지의 파장 범위의 흡광도 변화를 측정하였다.

2.2.3 황칠나무 추출물의 적외선 흡수 스펙트럼

표면반사 적외선 분광기(FT-IR Spectrophometer, ALPHA-P, BRUKER, USA)를 이용하여 추출물의 구조적 특성을 확인하였다.

2.2.4 염색

감압농축된 추출물의 농도와 온도, 시간을 조절하여 염색의 최적조건을 살펴보았으며 염색 조건은 Table 3와 같다. 염색은 1:50(o.w.b)의 비율로 IR 염색기(Han Won Testing Machine Co., Korea)를 이용하였다. 염색이 끝난 직물은 흐르는 물에서 수세되어 건조되었다.

Table 3. Conditions of dyeing and mordanting​​​​​​​

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2.2.5 매염

황칠나무를 이용하여 염색성을 평가한 선행연구에서 매염은 선매염보다 후매염에서 염착량이 높은 것으로 보고된 바 있다26). 따라서 본 연구에서는 알루미늄, 구리, 철을 이용하여 후매염을 염착량이 가장 높은 4% 농도의 황칠나무 잎추출물의 견염색포를 후매염하였다. 매염특성을 살펴보기 위해 직물과 액비를 1:10으로 하여 알루미늄, 구리, 철의 농도를 각각 5, 3, 1%(o.w.b)로 하여 온도 40℃ 조건으로 30분 동안 후매염하였다.

2.2.6 측색

염색포의 염착량과 색 측정은 분광광도계(Color difference meter, Color reader JS-555, C.T.S., Japan)가 사용되었다. 직물은 반으로 접어 앞뒷면을 총 5회씩 10회 측정하였다. 표면색은 Munsell의 색의 3속성 값 중 색상(H), 명도(V), 채도(C)와 CIE Lab 표색계의 명도지수(L*)와 색좌표지수(a*, b*)로 나타내었다. 염착량은 관측시야 10˚, 광원 D65의 조건에서 염색직물이 최대흡수파장을 나타내는 400nm의 표면 반사율을 이용하여 Kubelka-Munk 식(1)으로 K/S 값을 산출하였다.

\(\begin{aligned}K / S=\frac{(1-R)^{2}}{2 R}\end{aligned}\)       (1)

K : Absorption coefficient

S : Scattering coefficient

R : Reflectance coefficient(0<R≤1)

2.2.7 염색견뢰도 평가

염색견뢰도는 세탁, 마찰, UV 조사 전·후의 염색포의 색차(△E)로 평가되었다. 색차는 식(2)로 계산되었다.

\(\begin{aligned}\triangle E=\sqrt{\left(\triangle L^{*}\right)^{2}+\left(\triangle \mathrm{a}^{*}\right)^{2}+\left(\triangle b^{*}\right)^{2}}\end{aligned}\)       (2)

L*: Refers to brightness, relation between white and black

a*: Relation between red and green

b*: Relation between yellow and blue

세탁횟수에 따른 색변화를 평가하기 위해 염직물을 욕비 1:50 비율로 증류수에 침지시켜 중성세제를 0.2%(o.w.b., on weight of bath)로 첨가하였다. 세탁은 30분씩 1 ~ 5회 반복하였다. 세탁을 마친 염색포는 흐르는 물에 수세하고 건조하여 세탁 전·후의 색차를 측정하였다. 마찰에 따른 색변화는 KS K 0650-127)에 준하여 건조상태와 습윤상태에서 마찰 후 마찰 전· 후의 색차를 측정하였다. 자외선 조사에 따른 색변화는 제작된 자외선 조사장치를 이용하여 외부의 빛을 차단한 상태에서 자외선을 조사하여 조사 전·후의 색차를 측정하였다. 자외선 조사는 자체 제작한 자외선 조사장치의 UV-C lamp를 사용하였으며 0분에서 300분까지 100분 간격으로 시간을 달리하여 조사하였다. 조사장치의 UV-C lamp 조사 시간 5분, 북위 40∘, 자외선 20∘, 한여름 정오의 태양광 에너지 계산에 의한 조사 시간을 기준으로 할 때 1시간에 해당하는 시간이다28).

2.2.8 항균성 시험

KS K 069329)에 따라 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)과 폐렴간균(Klebsiella pneumoniae)에 대한 정균감소율을 산출하여 항균성을 측정하였다. 정균감소율(Bacteriostatic reduction rate)은 식(3)과 같다.

\(\begin{aligned}Bacteriostaticreductionrate(\%)=\frac{(A-B)}{A} \times 100\end{aligned}\)       (3)

A : The number of viable microorganisms before treatment

B : The number of viable microorganisms after treatment

3. 결과 및 고찰

3.1 황칠나무 추출물의 특성

3.1.1 자외·가시광선 흡수 스펙트럼(UV-VIS)

칠나무 잎과 가지의 추출물의 자외•가시광선 흡수 스펙트럼을 Figure 1에 나타내었다. Figure 1의 (a)와 (c)그래프의 스펙트럼을 살펴보면 잎과 가지를 증류수, 30% 에탄올로 추출한 추출물에서 폴리페놀에 속하는 플라보노이드의 Band Ⅰ 흡수피크를 300 ~ 400nm에서 확인할 수 있었고 Band Ⅱ의 어깨피크가 220 ~ 280nm 부근에서30,31)나타났다. 생황칠나무를 추출의 자외선 영역 스펙트럼에서도 같은 영역에서 플라보노이드의 피크가 확인23)되어 건조 후에도 플라보노이드의 성분이 유지된다는 것을 알 수 있다.

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Figure 1. (a) ultraviolet spectrum of dried Dendropanax morbiferus leaves extracts, (b) visible spectrum of Dendropanax morbiferus leaves extracts, (c) ultraviolet spectrum of dried Dendropanax morbiferus branches extracts and (d) visible spectrum of dried Dendropanax morbiferus branches extracts.​​​​​​​

가시광선 영역 스펙트럼인 Figure 1의 (b)와 (d) 그래프를 살펴보면 생황칠나무의 잎의 30% 에탄올 추출물의 스펙트럼에서 엽록소 피크가 나타난 것23)과는 다르게 엽록소의 피크를 볼 수 없다. 이는 생황칠나무의 30% 에탄올을 용매로한 잎 추출물로 염색했을 때에는 엽록소로 인한 녹색계열23)이 나타나지만 건조된 황칠나무의 잎을 30% 에탄올로 추출한 추출물로 염색하면 녹색의 기미없이 황색으로 염색되는 이유라고 사료된다.

3.1.2 적외선 흡수 스펙트럼(FT-IR)

건조 황칠나무의 잎과 가지를 증류수와 30% 에탄올로 추출한 추출물의 적외선 스펙트럼인 Figure 2의 (a)와 (b)를 살펴보면 생황칠나무 추출물에서와 마찬가지로23) 리보플라빈(Ribo flavin)의 amine 스펙트럼으로 판단되는 N-H 흡수밴드가 3500~ 3100-1nm에서 넓은 피크로 나타나 H-bonding interaction이 존재한다는 것을 알 수 있다32). 리보플라빈은 Vitamin B2라고도 불리며 수용성 비타민의 일종으로 노란색을 띄는데33), 황칠나무 추출물을 이용하여 염색하면 노란 계열을 띄는 것은 리보플라빈의 영향인 것으로 분석된다. 생황칠나무 30% 에탄올 추출물에서 관찰되었던 2900-1nm 부근의 지방족 스펙트럼인 C-H 지용성 엽록소 색소가 건조 황칠나무 30% 에탄올 추출물에서도 약하게 관찰되었다.

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Figure 2. FT-IR spectra of dried Dendropanax morbiferus (a) leaves and (b) branches extracts.​​​​​​​

잎과 가지를 30% 에탄올로 추출하면 Carboxylic acid와 에탄올이 반응하는 경우 ester를 생성하는데, 30% 에탄올로 추출한 추출물에서 ester 결합인 C-O의 신축진동이 1300 ~ 1000-1 nm에서 나타나 Carboxylic acid를 확인할 수 있다32).

3.2 건조 황칠나무 추출물의 염색성

3.2.1 건조 황칠나무 추출물의 농도에 따른 염색성

건조 황칠나무 추출물의 농도에 따른 염색성을 알아보기 위하여 액비 1:50, 염색온도 80℃, 염색시간 60분 조건에서 증류수와 30% 에탄올로 추출한 건조 황칠나무 추출물의 농도를 1, 2, 3, 4, 5%(o.w.b)로 증가시키면서 염색하였다. 건조 황칠나무 추출물의 농도변화에 따른 견직물의 염착량과 표면색의 변화를 Figure 3과 Table 4에 나타내었다.

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Figure 3. K/S Value of silk fabrics dyed with dried Dendropanax morbiferus extracts according to different extract concentrations(Dyeing conditions: 80℃, 60min).​​​​​​​

Table 4. Color characteristics of silk fabrics dyed with different concentration of dried Dendropanax morbiferus extracted by different solvent(Dyeing conditions: 80℃, 60min)​​​​​​​

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견직물의 염착량 변화곡선을 살펴보면 염액농도의 증가로 K/S값이 증가하여 염착량이 서서히 증가하는 것을 볼 수 있다. 추출 부위별로 살펴보면 염착량은 잎 추출물이 줄기 추출물보다 높게 나타났고, 추출 용매별로 살펴보면 잎과 가지 추출물 모두 30% 에탄올 추출물보다는 증류수 추출물에서 약 3배 높은 염착량을 보였다. 또한 농도를 증가시킬수록 염착량이 높아지지만 4% 이상에서는 비교적 완만한 증가율을 나타내었다. 견염색포의 색상은 잎과 가지 추출물 모두 Y계열을 나타내었으나, 잎과 가지 모두 30% 에탄올 추출물로 염색한 견직물은 증류수 추출물로 염색한 견직물보다 노란기미를 나타내는 b*값이 작고 특히 가지 30% 에탄올 추출물에서 낮게 나타났다. 잎과 가지의 증류수 추출물에서는 염액 농도가 증가할수록 b*값 증가하여 노란 기미가 높아진다는 것을 알 수 있다. 30% 에탄올 추출물의 적외선 흡수 스펙트럼 피크에서 약하게 관찰되었던 엽록소 색소의 기미는 염색된 견직물에서는 관찰되지 않았다. 얻어진 결과와 황칠나무 목부 증류수 추출물의 적정 염색농도를 4%로 보고한 연구26)를 바탕으로 이후 진행되는 염색 온도와 시간에 따른 염색성은 염액의 농도를 4%로 고정하여 진행하였다.

3.2.2 건조 황칠나무 추출물의 염색시간에 따른 염색성

건조 황칠나무 추출물의 염색시간에 따른 염색성을 알아보기 위하여 증류수와 30% 에탄올로 추출물의 농도를 4%(o.w.b)로 하여 액비 1:50, 염색온도 80℃ 조건에서 염색시간을 20분에서 100분까지 20분 간격으로 증가시키면서 염색하였다. 염색시간 변화에 따라 건조 황칠나무 추출물로 염색한 견직물의 염착량과 표면색의 변화를 Figure 4와 Table 5에 나타내었다.

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Figure 4. K/S Value of silk fabrics dyed with dried Dendropanax morbiferus extracts according to different dyeing times(Dyeing conditions: 80℃, 4%).​​​​​​​

Table 5. Color characteristics of silk fabrics dyed with dried Dendropanax morbiferus extracted by different solvent according to different times(Dyeing conditions: 80℃, 4%)​​​​​​​

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증류수 추출물 및 30% 에탄올 추출물로 염색한 염색포의 염착량 변화를 살펴보면 염색시간이 증가할수록 K/S값이 서서히 증가하는 것을 볼 수 있다. 증류수 추출물의 경우 잎과 가지 모두에서 40분 염색 시간까지는 K/S값이 큰 변화가 없다가 60분에서 서서히 증가하여 그 이상의 온도에서는 더 이상 큰 변화를 나타내지 않았다. 에탄올 추출물의 경우에도 K/S값이 60분까지는 서서히 증가하나 그 이상에서는 더 이상 증가하지 않았다.

일반적으로 염색 시간의 증가하게 되면 섬유의 분자간격이 넓어지고 색소의 분자운동도 점차 활발해져 분자 내 침투가 용이해지는 것으로 알려져 있는데 황칠나무 추출물의 경우 견직물의 염색에서는 60분이면 충분히 흡착이 이루어지는 것으로 판단된다. 황칠나무 목부 증류수 추출물의 염색22)에서는 염색시간이 길어질수록 염착량이 약간씩 증가하는 경향을 나타내었으나 적정 염색시간을 40분으로 결정하였다.

잎과 가지의 증류수, 30% 에탄올 모두 시간별로 색상의 차이 없이 Y 계열로 염색되었으며 염색 시간이 증가해도 L*값이 다소 낮아지기는 했으나, a*, b*값에 큰 변화를 나타내지 않았다. 황칠나무 목부 증류수 추출물을 이용한 견직물의 염색26)에서도 염착량의 증가와는 달리 색상이나 명도가 염색 시간이 증가함에 따라 큰 변화를 보이지 않는다고 보고하였다.

3.2.3 건조 황칠나무 추출물의 염색온도에 따른 염색성

건조 황칠나무 추출물의 염색온도에 따른 염색성을 알아보기 위하여 증류수와 30% 에탄올로 추출물의 농도를 4%(o.w.b)로 하여 액비 1:50, 염색시간 60분 조건에서 염색온도를 20℃에서 80℃까지 20℃ 간격으로 증가시키면서 염색하였다. 염색온도 변화에 따라 건조 황칠나무 추출물로 염색한 견직물의 염착량과 표면색의 변화를 Figure 5와 Table 6에 나타내었다.

Table 6. Color characteristics of silk fabrics with dried Dendropanax morbiferus extracted by different solvent according to different temperature(Dyeing conditions: 60mins, 4%)​​​​​​​

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Figure 5. K/S Value of silk fabrics dyed with dried Dendropanax morbiferus extracts according to different dyeing temperature (Dyeing conditions: 60mins, 4%).​​​​​​​

건조 황칠나무 추출물로 염색한 견직물은 염색온도가 증가할수록 염착량이 증가하여 80℃에서 K/S값이 최대값을 보였다. 염색온도가 높아지게 되면 섬유는 팽윤이 되고 섬유 내부의 부피가 커지며, 염료의 분자운동도 활발해져서 섬유 내부로 쉽게 확산되기 때문에 염착량이 증가하게 된다. 30% 에탄올로 추출한 가지 추출물의 경우 적은 염착성으로 인해 염색온도를 높이더라도 염착량의 증가에 영향을 미치지 못한 것으로 판단된다.

b*값을 살펴보면 염색온도가 높아질수록 b*값이 증가하여 80℃에서 가장 큰 값을 나타내었고 색 이미지에서도 노란기미가 증가한 것을 확인하여 80℃를 최적온도로 설정하였다. 황칠나무 목부 증류수 추출물의 염색26)에서는 채도를 고려하여 최적 온도를 60℃로 결정한 것과는 차이가 있는데, 본 연구에서는 염착량에 가중을 두어 80℃를 최적온도로 판단하였다.

3.2.4 매염제에 따른 염색성

매염에 따른 견 염색포의 색변화를 살펴보기 위하여 부위별, 추출용매 별 염착량이 가장 높게 나타난 건조 황칠나무 잎 증류수 추출물을 추출물의 농도 4%, 염색온도 80℃, 염색시간 60분에서 염색하여 매염제로 알루미늄, 구리, 철을 이용하여 후 매염을 실시하였다. 후매염은 직물과 액비를 1:10으로 하여 알루미늄, 구리, 철의 농도를 각각 5, 3, 1%(o.w.b)로 조절하고 온도 40℃ 조건으로 30분 동안 후매염하였다.

Table 7은 매염제의 종류를 달리하여 후매염 처리한 견직물의 색특성의 변화를 나타낸 것이다. 알루미늄 매염 결과 a*값이 1.25 감소하여 초록의 기미가 증가하고 b*값은 7.69 증가하여 노란 기미가 더해졌다. 구리 매염의 경우에 b*값이 3.02만큼 증가하였으나 a*값은 2.25 감소하여 0.93을 나타내기 때문에 초록의 기미가 강한 것으로 보인다. 철 매염 후에는 a*값의 감소와 동시에 b*값도 감소하여 초록기미가 더해졌기 때문에 황색빛을 얻기 위해서는 알루미늄 매염이 적당할 것으로 보인다.

Table 7. Color characteristics of silk fabrics with dried Dendropanax morbiferus leaves extracts according to different mordanting​​​​​​​

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3.3 황칠나무 추출물로 염색된 견직물의 염색견뢰도

3.3.1 세탁횟수에 따른 색변화

황칠나무 추출물로 염색된 견직물의 세탁에 의한 퇴색거동을살펴보기 위하여 반복 세탁하여 반복세탁에 따른 색상의 변화를 Figure 6에 나타내었다. 세탁횟수에 따른 염재 별로 살펴보면 잎 추출물로 염색했을 때 가지 추출물로 염색했을 때보다 세탁 전·후의 색차가 크게 나타났다.

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Figure 6. Color difference(ΔE) of dyed silk by changed washing times.​​​​​​​

용매별로 살펴보면 증류수 추출물로 염색했을 때 30% 에탄올로 추출했을 때보다 세탁 전·후의 색차가 크며 추출용매에 상관없이 1회 세탁 이후부터 색차의 변화가 완만하게 나타났다.

3.3.2 마찰에 대한 염색견뢰도

황칠나무 추출물로 염색된 견직물의 마찰에 의한 퇴색거동을 살펴보기 위하여 마찰 전·후 염색포의 색상의 변화를 Figure 7에 나타내었다.

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Figure 7. Color difference(ΔE) of dyed silk with dried Dendropanax morbiferus extracts between before and after rubbing color fastness test.​​​​​​​

마찰 전·후의 염색포의 색차 값이 2 이하로 나타나 감지할 정도의 색의 변화는 일어나지 않은 것을 알 수 있다. 잎을 증류수로 추출하여 견직물에 염색했을 때 건조상태의 마찰 전·후의 색차의 값이 가장 작고 습윤상태에서는 가지를 증류수로 추출하여 염색했을 때 마찰 전·후의 색차가 가장 적다. 가지를 증류수를 추출하여 염색한 직물을 제외하고 모두 건조상태에서 마찰했을 때 습윤상태에서 마찰했을 때 보다 색차가 작게 나타났다.

3.3.3 자외선 조사에 따른 색변화

황칠나무 추출물로 염색된 견직물의 자외선 조사에 의한 퇴색거동을 살펴보기 위하여 자외선 조사 전·후 염색포의 색상의 변화를 Figure 8에 나타내었다. 황칠나무 가지의 증류수 추출물 염색포를 제외하고 자외선 조사 전·후의 색차 값이 4 이상으로 감지할만한 색의 변화가 일어났다. 잎과 가지를 증류수로 추출하여 견직물에 염색했을 때 자외선 조사시간 100분에서 300분까지는 색차가 증가하는 것을 볼 수 있으나, 100분과 300분의 색차 값의 차이는 1 미만이므로 100분 UV조사 이후로는 색차 값의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있다.

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Figure 8. Color difference(ΔE) of dyed silk with Dendropanax morbiferus extracts after UV irradiation.​​​​​​​

한편 Table 8의 K/S값과 b*값을 살펴보면 두 값이 대체로 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 이는 자외선 조사에 의해 색이 퇴색되기보다는 노란기미가 증가하여 색이 더 진해졌다는 것을 의미한다. 이는 UV-vis spectrum에서 관찰되었던 플라보노이드의 갈변현상에 의해 색이 진해진 것으로 판단된다.

Table 8. The value of K/S and b* of silk fabrics with dried Dendropanax morbiferus after UV irradiation​​​​​​​

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플라보노이드는 폴리페놀(Polyphenol)계의 항산화성분으로 식물의 색을 결정하며34,35) 일광에 의해 갈변현상이 일어나는 원인이 되기도 한다36).

따라서 폴리페놀에 속하는 플라보노이드가 함유되어 있는 황칠나무 염액으로 염색된 염직물이 일광에 의해 갈변화되어 색이 진해진 것으로 사료된다.

3.4 황칠나무 추출물로 염색된 견직물의 항균성

잎 추출물이 가지 추출물보다 염착량이 높아 염료로 활용이 비교적 용이할 것으로 사료된다. 그에 따라 잎의 증류수, 30% 에탄올 추출물을 이용해 염색된 견직물의 항균성을 측정하여 기능성 섬유로의 발전 가능성을 살펴보았다. 잎 추출물로 염색한 무매염 염색포의 황색포도상구균(S. aureus)과 폐렴간균(K. pneumoniae)에 대한 항균성은 Table 9과 Table 10에 나타내었다.

Table 9. Antibacterial ability of silk dyed with dried Dendropanax morbiferus extracts

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Table 10. Antibacterial test with or without dye with the Dendropanax morbiferus extracts​​​​​​​

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염색하지 않은 견직물은 균 접종 후 황색포도상구균에 대하여 정균감소율이 91.9%의 항균 능력을 보인다. 폐렴균에 대해서는 0%의 정균감소율을 보여 폐렴균에 항균성이 없는 것으로 나타났다. 잎을 증류수로 추출하여 4% 농도로 80℃에서 60분 동안 염색할 경우 황색포도상구균과 폐렴균이 대부분 사멸되어 두 균이 99.9%의 감소율을 보인다.

30% 에탄올을 용매로 사용한 추출물로 염색된 견직물은 황색포도상구균의 감소율이 68.8%로 나타나 무염색 직물보다 항균성이 떨어졌다. 폐렴균의 감소율은 21.2%로 나타나 무염색포보다 항균능력이 증가하였다. 이는 황칠나무 추출물의 화장품 첨가제로의 활용을 위한 연구37)에서 열수추출물보다 에탄올 추출물이 항균활성에 더 효과적이라고 한 것과 상반되는데, 추출물 자체가 항균능력이 뛰어나더라도 염색포로 활용했을 때 그 기능성이 더 개선될 수 있다는 것을 시사한다. 30% 에탄올 추출물에서 낮은 항균성을 보였지만 이는 반복 염색하거나 항균성이 있는 매염제를 활용해 항균성을 높일 수 있을 것으로 보인다38).

4. 결론

건조 황칠나무를 잎과 가지로 분류하여 증류수, 30% 에탄올을 용매로 추출하여 추출물의 색소특성을 분석하고 염색조건에 따른 견직물의 염색성과 기능성을 살펴보았다. 건조된 황칠나무의 잎과 가지를 증류수, 30% 에탄올을 용매로 하여 추출한 추출물의 자외•가시광선 흡수 스펙트럼을 분석한 결과, 자외선 영역에서 폴리페놀에 속하는 플라보노이드의 피크를 확인할 수 있었으며 가시광선 영역에서는 잎의 30% 에탄올 추출물에서 생황칠나무의 잎 30% 에탄올 추출물과는 다르게 엽록소 피크가 보이지 않아 건조시킨 후에는 녹색기미가 사라진다고 판단할 수 있다. 적외선 흡수 스펙트럼에서는 리보플라빈의 피크가 나타났으며 이는 염색 시 나타나는 노란 기미의 원인일 것으로 분석된다.

각 추출물의 농도를 1 ~ 5%로 조절하여 견에 염색한 결과, 4%에서 5%로 농도를 높였을 때 염착량이 더 이상 크게 증가하지 않았다. 염색시간을 20 ~ 100분으로 증가시켜 염색한 결과 K/S값이 60분까지는 서서히 증가하나 그 이상에서는 더 이상 증가하지 않아 황칠나무 추출물의 견직물의 염색은 60분이면 충분히 흡착이 이루어지는 것으로 판단된다. 염색온도를 20 ~ 80℃로 증가시켜 염색한 결과 온도가 높아질수록 Y계열의 변화 없이 염착량이 증가하였다. 후매염 결과 황칠이 가지는 고유의 황색빛을 얻기 위해서는 알루미늄 매염이 효과적이었다.

세탁견뢰도는 다소 낮게 평가되었으며 마찰 전·후 색변화는 색차가 2 이하로 나타나 비교적 마찰견뢰도가 좋은 것으로 평가되었다. 일광견뢰도 평가결과 b*값과 K/S값이 증가한 것을 보아 자외선 조사에 따라 색의 차이가 증가한 것은 퇴색에 의한 색의 변화보다 플라보노이드 성분으로 인한 색의 진해짐에 기인한다고 할 수 있다. 건조 황칠나무 잎 추출물로 염색한 견직물은 황색포도상구균과 폐렴균에 대한 정균감소율이 99.9%로 항균성이 매우 우수한 것으로 나타났다.

이상의 결과로 건조 황칠나무 추출물의 기능성 염색에 대한 선행연구가 전무한 실정에서 건조 황칠나무 잎 증류수 추출물이 일상에서 쉽게 접하는 포도상구균과 폐렴균에 대한 항균성이 뛰어난 기능성 염료로 가치를 지님을 확인할 수 있었다.

감사의 글

이 논문은 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 연구입니다(No. 2022M3C1C5A02094018).

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